二極管直流穩壓、溫度補償、控制電路及故障處理

二極管除單向導電特性外，還有許多特性，很多的電路中并不是利用單向導電特性就能分析二極管所構成電路的工作原理，而需要掌握二極管更多的特性才能正確分析這些電路，例如二極管構成的簡(jiǎn)易直流穩壓電路，二極管構成的溫度補償電路等。

許多初學(xué)者對二極管很“熟悉”，提起二極管的特性可以脫口而出它的單向導電特性，說(shuō)到它在電路中的應用反應是整流，對二極管的其他特性和應用了解不多，認識上也認為掌握了二極管的單向導電特性，就能分析二極管參與的各種電路，實(shí)際上這樣的想法是錯誤的，而且在某種程度上是害了自己，因為這種定向思維影響了對各種二極管電路工作原理的分析，許多二極管電路無(wú)法用單向導電特性來(lái)解釋其工作原理。

二極管除單向導電特性外，還有許多特性，很多的電路中并不是利用單向導電特性就能分析二極管所構成電路的工作原理，而需要掌握二極管更多的特性才能正確分析這些電路，例如二極管構成的簡(jiǎn)易直流穩壓電路，二極管構成的溫度補償電路等。

01 二極管簡(jiǎn)易直流穩壓電路及故障處理

二極管簡(jiǎn)易穩壓電路主要用于一些局部的直流電壓供給電路中，由于電路簡(jiǎn)單，成本低，所以應用比較廣泛。

二極管簡(jiǎn)易穩壓電路中主要利用二極管的管壓降基本不變特性。

二極管的管壓降特性：二極管導通后其管壓降基本不變，對硅二極管而言這一管壓降是0.6V左右，對鍺二極管而言是0.2V左右。

如圖所示是由普通3只二極管構成的簡(jiǎn)易直流穩壓電路。電路中的VD1、VD2和VD3是普通二極管，它們串聯(lián)起來(lái)后構成一個(gè)簡(jiǎn)易直流電壓穩壓電路。

1．電路分析思路說(shuō)明

分析一個(gè)從沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的電路工作原理是困難的，對基礎知識不全面的初學(xué)者而言就更加困難了。

關(guān)于這一電路的分析思路主要說(shuō)明如下。

（1）從電路中可以看出3只二極管串聯(lián)，根據串聯(lián)電路特性可知，這3只二極管如果導通會(huì )同時(shí)導通，如果截止會(huì )同時(shí)截止。

（2）根據二極管是否導通的判斷原則分析，在二極管的正極接有比負極高得多的電壓，無(wú)論是直流還是交流的電壓，此時(shí)二極管均處于導通狀態(tài)。從電路中可以看出，在VD1正極通過(guò)電阻R1接電路中的直流工作電壓+V，VD3的負極接地，這樣在3只串聯(lián)二極管上加有足夠大的正向直流電壓。由此分析可知，3只二極管VD1、VD2和VD3是在直流工作電壓+V作用下導通的。

（3）從電路中還可以看出，3只二極管上沒(méi)有加入交流信號電壓，因為在VD1正極即電路中的A點(diǎn)與地之間接有大容量電容C1，將A點(diǎn)的任何交流電壓旁路到地端。

2．二極管能夠穩定直流電壓原理說(shuō)明

電路中，3只二極管在直流工作電壓的正向偏置作用下導通，導通后對這一電路的作用是穩定了電路中A點(diǎn)的直流電壓。

眾所周知，二極管內部是一個(gè)PN結的結構，PN結除單向導電特性之外還有許多特性，其中之一是二極管導通后其管壓降基本不變，對于常用的硅二極管而言導通后正極與負極之間的電壓降為0.6V。

根據二極管的這一特性，可以很方便地分析由普通二極管構成的簡(jiǎn)易直流穩壓電路工作原理。3只二極管導通之后，每只二極管的管壓降是0.6V，那么3只串聯(lián)之后的直流電壓降是0.6×3=1.8V。

3．故障檢測方法

檢測這一電路中的3只二極管為有效的方法是測量二極管上的直流電壓，如圖所示是測量時(shí)接線(xiàn)示意圖。如果測量直流電壓結果是1.8V左右，說(shuō)明3只二極管工作正常；如果測量直流電壓結果是0V，要測量直流工作電壓+V是否正常和電阻R1是否開(kāi)路，與3只二極管無(wú)關(guān)，因為3只二極管同時(shí)擊穿的可能性較??；如果測量直流電壓結果大于1.8V，檢查3只二極管中有一只開(kāi)路故障。

4．電路故障分析

如表所示是這一二極管電路故障分析

5．電路分析細節說(shuō)明

關(guān)于上述二極管簡(jiǎn)易直流電壓穩壓電路分析細節說(shuō)明如下。

（1）在電路分析中，利用二極管的單向導電性可以知道二極管處于導通狀態(tài)，但是并不能說(shuō)明這幾只二極管導通后對電路有什么具體作用，所以只利用單向導電特性還不能夠正確分析電路工作原理。

（2）二極管眾多的特性中只有導通后管壓降基本不變這一特性能夠為合理地解釋這一電路的作用，所以依據這一點(diǎn)可以確定這一電路是為了穩定電路中A點(diǎn)的直流工作電壓。

（3）電路中有多只元器件時(shí)，一定要設法搞清楚實(shí)現電路功能的主要元器件，然后圍繞它進(jìn)行展開(kāi)分析。分析中運用該元器件主要特性，進(jìn)行合理解釋。

02 二極管溫度補償電路及故障處理

眾所周知，PN結導通后有一個(gè)約為0.6V（指硅材料PN結）的壓降，同時(shí)PN結還有一個(gè)與溫度相關(guān)的特性：PN結導通后的壓降基本不變，但不是不變，PN結兩端的壓降隨溫度升高而略有下降，溫度愈高其下降的量愈多，當然PN結兩端電壓下降量的對于0.6V而言相當小，利用這一特性可以構成溫度補償電路。如圖所示是利用二極管溫度特性構成的溫度補償電路。

對于初學(xué)者來(lái)講，看不懂電路中VT1等元器件構成的是一種放大器，這對分析這一電路工作原理不利。在電路分析中，熟悉VT1等元器件所構成的單元電路功能，對分析VD1工作原理有著(zhù)積極意義。了解了單元電路的功能，一切電路分析就可以圍繞它進(jìn)行展開(kāi)，做到有的放矢、事半功倍。

1．需要了解的深層次電路工作原理

分析這一電路工作原理需要了解下列兩個(gè)深層次的電路原理。

（1）VT1等構成一種放大器電路，對于放大器而言要求它的工作穩定性好，其中有一條就是溫度高低變化時(shí)三極管的靜態(tài)電流不能改變，即VT1基極電流不能隨溫度變化而改變，否則就是工作穩定性不好。了解放大器的這一溫度特性，對理解VD1構成的溫度補償電路工作原理非常重要。

（2）三極管VT1有一個(gè)與溫度相關(guān)的不良特性，即溫度升高時(shí)，三極管VT1基極電流會(huì )增大，溫度愈高基極電流愈大，反之則小，顯然三極管VT1的溫度穩定性能不好。由此可知，放大器的溫度穩定性能不良是由于三極管溫度特性造成的。

2．三極管偏置電路分析

電路中，三極管VT1工作在放大狀態(tài)時(shí)要給它一定的直流偏置電壓，這由偏置電路來(lái)完成。電路中的R1、VD1和R2構成分壓式偏置電路，為三極管VT1基極提供直流工作電壓，基極電壓的大小決定了VT1基極電流的大小。如果不考慮溫度的影響，而且直流工作電壓+V的大小不變，那么VT1基極直流電壓是穩定的，則三極管VT1的基極直流電流是不變的，三極管可以穩定工作。

在分析二極管VD1工作原理時(shí)還要搞清楚一點(diǎn)：VT1是NPN型三極管，其基極直流電壓高，則基極電流大；反之則小。

3．二極管VD1溫度補償電路分析

根據二極管VD1在電路中的位置，對它的工作原理分析思路主要說(shuō)明下列幾點(diǎn)：

（1）VD1的正極通過(guò)R1與直流工作電壓+V相連，而它的負極通過(guò)R2與地線(xiàn)相連，這樣VD1在直流工作電壓+V的作用下處于導通狀態(tài)。理解二極管導通的要點(diǎn)是：正極上電壓高于負極上電壓。

（2）利用二極管導通后有一個(gè)0.6V管壓降來(lái)解釋電路中VD1的作用是行不通的，因為通過(guò)調整R1和R2的阻值大小可以達到VT1基極所需要的直流工作電壓，根本沒(méi)有必要通過(guò)串入二極管VD1來(lái)調整VT1基極電壓大小。

（3）利用二極管的管壓降溫度特性可以正確解釋VD1在電路中的作用。假設溫度升高，根據三極管特性可知，VT1的基極電流會(huì )增大一些。當溫度升高時(shí)，二極管VD1的管壓降會(huì )下降一些，VD1管壓降的下降導致VT1基極電壓下降一些，結果使VT1基極電流下降。由上述分析可知，加入二極管VD1后，原來(lái)溫度升高使VT1基極電流增大的，現在通過(guò)VD1電路可以使VT1基極電流減小一些，這樣起到穩定三極管VT1基極電流的作用，所以VD1可以起溫度補償的作用。

（4）三極管的溫度穩定性能不良還表現為溫度下降的過(guò)程中。在溫度降低時(shí)，三極管VT1基極電流要減小，這也是溫度穩定性能不好的表現。接入二極管VD1后，溫度下降時(shí)，它的管壓降稍有升高，使VT1基極直流工作電壓升高，結果VT1基極電流增大，這樣也能補償三極管VT1溫度下降時(shí)的不穩定。

4．電路分析細節說(shuō)明

電路分析的細節說(shuō)明如下。

（1）在電路分析中，若能運用元器件的某一特性去合理地解釋它在電路中的作用，說(shuō)明電路分析很可能是正確的。例如，在上述電路分析中，只能用二極管的溫度特性才能合理解釋電路中VD1的作用。

（2）溫度補償電路的溫度補償是雙向的，即能夠補償由于溫度升高或降低而引起的電路工作的不穩定性。

（3）分析溫度補償電路工作原理時(shí)，要假設溫度的升高或降低變化，然后分析電路中的反應過(guò)程，得到正確的電路反饋結果。在實(shí)際電路分析中，可以只設溫度升高進(jìn)行電路補償的分析，不必再分析溫度降低時(shí)電路補償的情況，因為溫度降低的電路分析思路、過(guò)程是相似的，只是電路分析的每一步變化相反。

（4）在上述電路分析中，VT1基極與發(fā)射極之間PN結（發(fā)射結）的溫度特性與VD1溫度特性相似，因為它們都是PN結的結構，所以溫度補償的結果比較好。

（5）在上述電路中的二極管VD1，對直流工作電壓+V的大小波動(dòng)無(wú)穩定作用，所以不能補償由直流工作電壓+V大小波動(dòng)造成的VT1管基極直流工作電流的不穩定性。

5．故障檢測方法和電路故障分析

這一電路中的二極管VD1故障檢測方法比較簡(jiǎn)單，可以用萬(wàn)用表歐姆檔在路測量VD1正向和反向電阻大小的方法。

當VD1出現開(kāi)路故障時(shí)，三極管VT1基極直流偏置電壓升高許多，導致VT1管進(jìn)入飽和狀態(tài)，VT1可能會(huì )發(fā)燒，嚴重時(shí)會(huì )燒壞VT1。如果VD1出現擊穿故障，會(huì )導致VT1管基極直流偏置電壓下降0.6V，三極管VT1直流工作電流減小，VT1管放大能力減小或進(jìn)入截止狀態(tài)。

03 二極管控制電路及故障處理

二極管導通之后，它的正向電阻大小隨電流大小變化而有微小改變，正向電流愈大，正向電阻愈??；反之則大。

利用二極管正向電流與正向電阻之間的特性，可以構成一些自動(dòng)控制電路。如圖9-43所示是一種由二極管構成的自動(dòng)控制電路，又稱(chēng)ALC電路（自動(dòng)電平控制電路），它在磁性錄音設備中（如卡座）的錄音電路中經(jīng)常應用。

1．電路分析準備知識說(shuō)明

二極管的單向導電特性只是說(shuō)明了正向電阻小、反向電阻大，沒(méi)有說(shuō)明二極管導通后還有哪些具體的特性。

二極管正向導通之后，它的正向電阻大小還與流過(guò)二極管的正向電流大小相關(guān)。盡管二極管正向導通后的正向電阻比較?。ㄏ鄬Ψ聪螂娮瓒裕?，但是如果增加正向電流，二極管導通后的正向電阻還會(huì )進(jìn)一步下降，即正向電流愈大，正向電阻愈小，反之則大。

不熟悉電路功能對電路工作原理很不利，在了解電路功能的背景下能有的放矢地分析電路工作原理或電路中某元器件的作用。

ALC電路在錄音機、卡座的錄音卡中，錄音時(shí)要對錄音信號的大小幅度進(jìn)行控制，了解下列幾點(diǎn)具體的控制要求有助于分析二極管VD1自動(dòng)控制電路。

（1）在錄音信號幅度較小時(shí)，不控制錄音信號的幅度。

（2）當錄音信號的幅度大到一定程度后，開(kāi)始對錄音信號幅度進(jìn)行控制，即對信號幅度進(jìn)行衰減，對錄音信號幅度控制的電路就是ALC電路。

（3）ALC電路進(jìn)入控制狀態(tài)后，要求錄音信號愈大，對信號的衰減量愈大。

通過(guò)上述說(shuō)明可知，電路分析中要求自己有比較全面的知識面，這需要在不斷的學(xué)習中日積月累。

2．電路工作原理分析思路說(shuō)明

關(guān)于這一電路工作原理的分析思路主要說(shuō)明下列幾點(diǎn)：

（1）如果沒(méi)有VD1這一支路，從級錄音放大器輸出的錄音信號全部加到第二級錄音放大器中。但是，有了VD1這一支路之后，從級錄音放大器輸出的錄音信號有可能會(huì )經(jīng)過(guò)C1和導通的VD1流到地端，形成對錄音信號的分流衰減。

（2）電路分析的第二個(gè)關(guān)鍵是VD1這一支路對級錄音放大器輸出信號的對地分流衰減的具體情況。顯然，支路中的電容C1是一只容量較大的電容（C1電路符號中標出極性，說(shuō)明C1是電解電容，而電解電容的容量較大），所以C1對錄音信號呈通路，說(shuō)明這一支路中VD1是對錄音信號進(jìn)行分流衰減的關(guān)鍵元器件。

（3）從分流支路電路分析中要明白一點(diǎn)：從級錄音放大器輸出的信號，如果從VD1支路分流得多，那么流入第二級錄音放大器的錄音信號就小，反之則大。

（4）VD1存在導通與截止兩種情況，在VD1截止時(shí)對錄音信號無(wú)分流作用，在導通時(shí)則對錄音信號進(jìn)行分流。

（5）在VD1正極上接有電阻R1，它給VD1一個(gè)控制電壓，顯然這個(gè)電壓控制著(zhù)VD1導通或截止。所以，R1送來(lái)的電壓是分析VD1導通、截止的關(guān)鍵所在。

分析這個(gè)電路的困難是在VD1導通后，利用了二極管導通后其正向電阻與導通電流之間的關(guān)系特性進(jìn)行電路分析，即二極管的正向電流愈大，其正向電阻愈小，流過(guò)VD1的電流愈大，其正極與負極之間的電阻愈小，反之則大。

3．控制電路的一般分析方法說(shuō)明

對于控制電路的分析通常要分成多種情況，例如將控制信號分成大、中、小等幾種情況。就這一電路而言，控制電壓Ui對二極管VD1的控制要分成下列幾種情況。

（1）電路中沒(méi)有錄音信號時(shí)，直流控制電壓Ui為0，二極管VD1截止，VD1對電路工作無(wú)影響，級錄音放大器輸出的信號可以全部加到第二級錄音放大器中。

（2）當電路中的錄音信號較小時(shí)，直流控制電壓Ui較小，沒(méi)有大于二極管VD1的導通電壓，所以不足以使二極管VD1導通，此時(shí)二極管VD1對級錄音放大器輸出的信號也沒(méi)有分流作用。

（3）當電路中的錄音信號比較大時(shí)，直流控制電壓Ui較大，使二極管VD1導通，錄音信號愈大，直流控制電壓Ui愈大，VD1導通程度愈深，VD1的內阻愈小。

（4）VD1導通后，VD1的內阻下降，級錄音放大器輸出的錄音信號中的一部分通過(guò)電容C1和導通的二極管VD1被分流到地端，VD1導通愈深，它的內阻愈小，對級錄音放大器輸出信號的對地分流量愈大，實(shí)現自動(dòng)電平控制。

（5）二極管VD1的導通程度受直流控制電壓Ui控制，而直流控制電壓Ui隨著(zhù)電路中錄音信號大小的變化而變化，所以二極管VD1的內阻變化實(shí)際上受錄音信號大小控制。

4．故障檢測方法和電路故障分析

對于這一電路中的二極管故障檢測的方法是進(jìn)行代替檢查，因為二極管如果性能不好也會(huì )影響到電路的控制效果。

當二極管VD1開(kāi)路時(shí)，不存在控制作用，這時(shí)大信號錄音時(shí)會(huì )出現聲音一會(huì )兒大一會(huì )兒小的起伏狀失真，在錄音信號很小時(shí)錄音能夠正常。

當二極管VD1擊穿時(shí)，也不存在控制作用，這時(shí)錄音聲音很小，因為錄音信號被擊穿的二極管VD1分流到地了。